基于磁场—趋磁细菌复合工艺处理含重金属离子废水

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1、天洋大薯TIANJlNUNIVERSITY博士学位论文一级学科：化学工程与桔术学科专业：化学工程作者姓名：孙津生指导教师：挛鑫钢教授天津大学研究生院2005年J月中文摘要本文提出全新的磁场一趋磁细菌综合治理重金属废水的理论及复合工艺。对该工艺所涉及的趋磁细菌混合菌的生物种属和磁特性及其处理重金属废水的机理进行深入研究，确定了复合工艺最佳操作条件，探讨了两种重金属离子存在时竞争性吸附动力学机理，另外还研究了在外加磁场作用下，废水中趋磁微生物的复杂受力和运动。研究过程中先对从污水处理厂取回的活性污泥进行趋磁细菌富集培养。将活性污泥分别在厌氧、微好氧和好氧条件下培养，然后通过扫描电镜和透

2、射电镜分别观察混合菌的形态和特征，并对菌进行了筛选和分离，为吸附重金属离子提供实验基础和分析依据。利用所获得的混合菌对各种不同的重金属离子进行静忿吸附实验)确定适合用该细菌处理的金属种类，并对处理各种金属离子的操作条件进行了研究，为以后的动态实验提供参考操作条件。在对趋磁细菌吸附单一重金属离子过程的研究基础上，对两种重金属离子同时存在时产生的竞争性吸附的机理进行分析，建立理论模型并求其解析解。通过对生物吸附重金属离子行为的研究发现，生物吸附受pH值影响较大，而且存在最佳pH值范围，不同的重金属离子种类最佳pH值也不相同；生物吸附主要是细胞表面吸附，在很短的时间内即可达到吸附平衡；在

3、室温范围内，温度对生物吸附的影响不明显。在对吸附了重金属离子的趋磁细菌与水体的分离过程中，利用多悬丝分离器和多平板分离器，分别研究了不同磁场强度对分离过程的影响，并在扫描电镜下观察了悬丝上被捕集的趋磁细菌的形态和结构。另外，在外加磁场作用下，对废水中趋磁微生物的复杂受力和运动进行分析研究，并建立了运动方程对趋磁微生物的运动轨迹进行描述。关键词：重金属离子，磁化，趋磁细菌，复合工艺，竞争性吸附。ABSTRACTAnovelcomprehensivewastewatertreatmenttechnologyisputforward，discussedandprobed，combinin

4、gHi鲈GradientMagneticSeparation(HGMS)withmagnetotacticbacteria(MTB)．ThegenreandcharacteristicsofMTBmixtureareidentifiedandtheoptimumoperationconditionsconfirmed．Moreover,competitiveadsorptionkineticsoftwoheavymetalionsisexplored，andadditionally,themovementmechanicsofMTBintheexternalmagneticfiel

5、d．Asthefirststep，BacteriafromactivemudareacclimatedOndifferentcultureconditions：aerobic，slightlyaerobicandanaerobic．Themixedbacteriaarethenmanagedtobeisolatedandscreenedout．Theresultsindicatethatthebacteria(MTB)inthesludge，effectivetouptakeheavymetals，caneasilybedeciphered．Theirnumberiscounted

6、byMPNmethod，andsomeofthecharactersareobservedbyelectronmicroscope．Simultaneously,absorptiontestsonsortsofheavymetalionsareconductedinprescribedstaticwastewater．Andconsequently,thekindsofheavymetalionssuitableforMTBabsorptionareselected．Then，theoperationconditionsarestudiedforcontinuousexperime

7、nts．Basedonthestudyofbio—adsorptionofsingleheavymetalion，thecompetitiveadsorptionkineticsoftwoheavymetalionsis’studied，anumericalmodeldevelopedandanalyticandnumericalsolutionsareobtained．Duringthestudyofthemicrobicabsorptiontoheavymetal